Фокусировка и ускорение ионного пучка в высокочастотной системе из независимо фазируемых резонаторов

• Автор: Самошин, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Содержание
Введение
1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ АКСИАЛЬНОЙ ФОКУСИРОВКИ ИОННОГО ПУЧКА В СВЕРХПРОВОДЯЩЕМ УСКОРИТЕЛЕ С ИСОЛЬЗОВАНИЕМ МАТРИЧНОГО МЕТОДА
1.1. Продольная и поперечная динамика пучка
1.2. Анализ условий устойчивости движения пучка в ускоряющей
системе с простым периодом фокусировки с помощью соленоидов
1.2.1 Матрица периода для поперечного движения
1.2.2 Матрица периода для продольного движения
1.3. Возможность использования магнитных квадруполей для фокусировки пучка тяжелых ионов
1.3.1. Анализ условий устойчивости движения пучка в
ускоряющей системе с простым периодом фокусировки
1.3.2. Анализ условий устойчивости движения пучка в
ускоряющей системе с магнитным квадрупольным дуплетом
1.4. Возможность использования электрических квадруполей для фокусировки пучка тяжелых ионов
1.4.1. Анализ условий устойчивости движения пучка в
ускоряющей системе с простым периодом фокусировки
1.4.2. Анализ условий устойчивости движения пучка в
ускоряющей системе с электростатическим квадрупольным дуплетом
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОКУСИРОВКИ И УСКОРЕНИЯ ПУЧКА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ФАЗОПЕРЕМЕННОЙ ФОКУСИРОВКИ
2.1. Выбор условий устойчивости пучка тяжелых ионов в системе с фазопеременной фокусировкой
2.1.1. Нахождение матрицы периода для системы с фазопеременной ' фокусировкой
2.1.2 Анализ области устойчивости в системе,
состоящей из двух резонаторов
2.2. Комбинированная фокусировка с одним соленоидом на
периоде структуры
2.3. Комбинированная фокусировка с двумя соленоидами на
периоде структуры

2.4. Использование магнитного квадрупольного дуплета в качестве дополнительного фокусирующего элемента в ускорителе с фазопеременной фокусировкой
2.5. Использование электрического квадрупольного дуплета в качестве дополнительного фокусирующего элемента
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ИОННОГО ПУЧКА С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭФФЕКТОВ
3.1. Вывод уравнений движения в гладком приближении
3.2. Вывод потенциальной функции в гладком приближении
3.3. Анализ продольной и поперечной устойчивости движения пучка
3.4. Динамика пучка в собственной системе отсчета, связанной с квазиравновесной частицей
3.5. Использование гладкого приближения для анализа
устойчивости в структуре с ФПФ
3.6. Динамика пучка в структуре с ФПФ в системе
квазиравновесной частицы
4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПУЧКА В СВЕРХПРОВОДЯЩЕМ ЛИНЕЙНОМ УСКОРИТЕЛЕ
4.1. Построение численной модели
4.2. Результаты численного моделирования в гладком приближении
4.2.1. Система со стандартным периодом фокусировки
4.2.2. Моделирование динамики пучка в собственной системе квазиравновесной частицы в базовом варианте ускорителя
4.2.3. Система с комбинированной фокусировкой
4.2.4. Моделирование динамики пучка в собственной системе квазиравновесной частицы в системе с комбинированной фокусировкой
4.3. Моделирование динамики пучка в полном поле
Заключение '
Литература
Приложение 1. МАТРИЦЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ УСКОРИТЕЛЯ
Приложение 2. СУММИРОВАНИЕ ГАРМОНИК ВЧ И МАГНИТНОГО ПОЛЕЙ

ВВЕДЕНИЕ.
В последнее время во многих ускорительных центрах мира активно обсуждаются проекты создания сверхпроводящих линейных ускорителей ионов, в которых можно было бы ускорять как легкие, так и тяжелые ионы от протонов и дейтронов до ядер урана [1]. При низких энергиях такой универсальный ускоритель является дополнением к уже действующим установкам и может быть использован в качестве пост ускорителя редких радиоактивных изотопов. Интересен проект создания постускорителя для редких изотопов RIA (AEBF) в Аргонской Национальной Лаборатории
(ANL) США [1-5]. Среди больших проектов, которые рассматриваются в

настоящее время, следует так же отметить сверхпроводящий линейный ускоритель радиоактивных изотопов для SPIRAL 2, GANIL (Франция) [6,7]. В проекте участвуют несколько лабораторий: GANIL, CEA/DAPNIA (Saclay), IPN (Orsay), LPSC (Grenoble), 1RES (Strasbourg). Так же разрабатывается линейный ускоритель ISAC, TRIUMF (Ванкувер, Канада) [8,9]. Предполагается также разработать новый инжектор тяжелых ионов для «Нуклотрона» в Дубне (в рамках проекта NIC А) [10]. В Национальном Университете Мичигана с 2013 по 2017 гг. планируется создание ускорителя редких изотопов (FRIB) [11], который, как предполагается, обеспечит ученых информацией о свойствах этих изотопов для лучшего понимания возникновения и эволюции Вселенной. Ряд подобных проектов ускорителей разрабатывается также в Италии, Китае, Индии.
При высоких энергиях сверхпроводящий ускоритель можно рассматривать как источник ионных пучков мегаваттной мощности, которые необходимы для создания мезонных фабрик нового поколения. Такие ускорители предлагается использовать в мощных нейтронных генераторах, с целью получения интенсивных потоков нейтрино, образующихся в результате распада вторичных пучков, установок для инерциального термоядерного синтеза. В Окриджской Национальной Лаборатории (ORNL,
соответствующих геометрическим центрам фокусирующих элементов. Поэтому дальнейший анализ ускоряющей структуры будем проводить для случая, когда начало периода структуры совпадает с серединой фокусирующего квадруполя.
Р Ф, О Ф, Р

Ч с Сет с с с с« с ч

Рис. 1.12. Схема периода ускоряющей структуры.
Величины параметров Флоке цг и рг, изображенные на рисунке 1.13, превышают значение 10° во всем интересующем нас диапазоне скоростей для ионов с 21 А =1/66 при градиенте магнитного поля И =100 Тл/м и ускоряющем напряжении на резонаторе 11= 1 МВ. Фаза пролета квазиравновесной частицей центра резонатора фХ = -20°.

Рис. 1.13. Величины параметров Флоке рг и рг в зависимости от скорости р.